説明

表面検査方法および装置

【課題】 表面の荒れ等による差分出力のオフセットの影響を排除して正確な欠陥検査が行えるような表面検査方法を得る。
【解決手段】 表面検査方法が、撮像装置を被検物に対して相対移動させながら被検物の表面を撮像するステップと、被検物の表面の撮像画像から、被検物の表面を相対移動方向に沿って複数の分割して得られた複数の領域毎において所定の検査項目に対応する検査信号値を抽出するステップと、相対移動方向における検査信号値の移動平均値を複数の領域毎について算出するステップと、複数の領域毎について検査信号値から移動平均値を減じて補正検査信号値を求めるステップと、補正検査信号値に基づいて所定の検査項目についての検査を行うステップとから構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検物の表面欠陥の有無を検査するための表面検査方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体ウェハに形成される回路素子パターンの集積度が高くなるとともに、半導体製造工程でウェハの表面処理に用いられる薄膜の種類が増加している。これに伴い、薄膜の境界部分が露出するウェハの端部付近の欠陥検査が重要となってきている。これは、ウェハの端部付近に異物等の欠陥があると、後の工程で異物等がウェハの表面側に回り込んで悪影響を及ぼし、ウェハから作り出される回路素子の歩留まりに影響するからである。
【0003】
そこで、半導体ウェハ等の円盤状に形成された被検物の端面周辺(例えば、アペックスや上下のベベル)を複数の方向から観察して、異物や膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込み等といった欠陥の有無を検査する検査装置が考案されている(例えば、特許文献1を参照)。このような検査装置には、レーザ光等の照射により生じる散乱光を利用して異物等を検出する構成のものや、ラインセンサにより被検物の画像を帯状に形成して異物等を検出する構成のもの等がある。
【特許文献1】特開2004−325389号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
また、画像取得装置により被検物の端面周辺の画像を部分的に1枚ずつ取得して、複数の画像データにおける信号値に基づいて異物等を検出する構成のものもある。例えば、ウエハの端部表面に照明光を照射して、この照明光の正反射光を撮像して表面欠陥を検出する検査装置があり、この検査装置においては、ある画像領域と隣接する領域とのピクセル単位での比較により、ピクセル毎の輝度差の強度に基づいて欠陥検査を行うように構成されている。
【0005】
この検査装置において、ウエハ表面に欠陥とみなされる傷等が無くても、ウエハの端部領域全周にわたり存在するような表面の荒れが差分信号として検出され、これが検出信号のオフセット成分となり、欠陥検出が不正確となるという問題がある。特に、ウエハ表面の加工粗さ等の表面状態はウエハ全面において均一ではないため、表面の荒れに基づく画像差分検出のオフセット信号自体が変動し、この変動の影響を受けて欠陥として検出されるべき傷等による差分信号の検出が不正確になるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、表面の荒れ等による差分出力のオフセットの影響を排除して正確な欠陥検査が行えるような表面検査方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
このような目的達成のため、本発明に係る表面検査方法は、被検物の表面を撮像可能な撮像装置を前記被検物に対して相対移動させながら前記被検物の表面を撮像するステップと、前記被検物の表面の撮像画像から、前記被検物の表面を前記相対移動方向に沿って複数に分割して得られた複数の領域毎において所定の検査項目に対応する検査信号値を抽出するステップと、前記相対移動方向における前記検査信号値の移動平均値を前記複数の領域毎について算出するステップと、前記複数の領域毎について前記検査信号値から前記移動平均値を減じて補正検査信号値を求めるステップと、前記補正検査信号値に基づいて前記所定の検査項目についての検査を行うステップとから構成される。
【0008】
この表面検査方法において、好ましくは、前記移動平均値の算出が、前記複数の領域のそれぞれにおいて対応領域を含む前後の所定数の領域における前記検査信号値の平均値を前記対応領域の移動平均値として算出される。
【0009】
また、上記表面検査方法において、好ましくは、前記被検物が円盤状の半導体ウエハであり、前記半導体ウエハを回転させながらその外周端部を前記撮像装置により撮像する。
【0010】
一方、本願発明に係る表面検査装置は、被検物を保持する保持装置と、前記保持装置により保持された前記被検物の表面を撮像可能な撮像装置と、前記保持装置に保持された前記被検物を前記撮像装置に対して相対移動させる相対移動装置と、前記撮像装置による撮像制御および前記相対移動装置による前記被検物の相対移動制御とを行う制御装置と、前記撮像装置により撮像された前記被検物の表面の撮像画像から表面欠陥の検査を行う検査処理装置とを備えて構成され、前記制御装置は、前記相対移動装置により前記被検物を前記撮像装置に対して相対移動させながら前記撮像装置により前記被検物の表面を複数の分割領域に分割して撮像させ、前記検査処理装置は、前記撮像装置により撮像された複数の分割領域毎の画像において所定の検査項目に対応する検査信号値を抽出し、前記検査信号値の移動平均値を前記複数の分割領域毎について算出し、前記複数の領域毎について前記検査信号値から前記移動平均値を減じて補正検査信号値を求め、前記補正検査信号値に基づいて前記所定の検査項目についての検査を行うように構成されている。
【0011】
上記表面検査装置において、好ましくは、前記被検物が円盤状の半導体ウエハであり、前記相対移動装置は前記保持装置により保持された半導体ウエハを回転させて前記撮像装置に対して相対移動させるように構成される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、移動平均値を用いて検査信号値を補正するので、正確な表面欠陥の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る表面検査装置の一例を図1に示しており、この検査装置1は、半導体ウェハ10(以下、ウェハ10と称する)を被検物としてその端部および端部近傍における表面欠陥(傷、異物の付着等)の有無を検査するためのものである。
【0014】
ウェハ10は薄い円盤状に形成されており、その表面には、ウェハ10から取り出される複数の半導体チップ(チップ領域)に対応した回路パターン(図示せず)を形成するために、絶縁膜、電極配線膜、半導体膜等の薄膜(図示せず)が多層にわたって形成される。このようにウェハ10の表面(上面)に回路パターンが形成される部分の外周縁部、すなわち、図2に示すリング状の領域である上ベベル部11およびそれより外周部には回路パターンが形成されずに基板が露出する。また、ウェハ10の裏面(下面)における外周端部内側には、下ベベル部12がウェハ10を基準に上ベベル部11と表裏対称に形成される。そして、上ベベル部11と下ベベル部12とに繋がるウェハ端面がアペックス部13と称される。
【0015】
検査装置1は、ウェハ10を支持して回転させるウェハ支持部20と、ウエハ支持部20により支持されたウェハ10の外周端部および外周端部近傍を撮像する撮像部30と、撮像部30で撮像されたウェハ10の画像信号に基づいて画像データを得る画像処理部40と、ウェハ支持部20によるウエハ10の回転駆動制御や撮像部30による撮像制御を行う制御部50と、画像表示および外部入力等が可能なパーソナルコンピュータを用いたインターフェース部60と、欠陥検査処理を行う検査処理部70とを有して構成される。
【0016】
ウェハ支持部20は、基台21と、基台21から上方へ垂直に延びて設けられた回転軸22と、回転軸22の上端部に略水平に取り付けられて上面側においてウェハ10を同軸上に位置させて支持するウェハホルダ23とを有して構成される。ウェハホルダ23の内部には真空吸着機構(図示せず)が設けられており、真空吸着機構による真空吸着を利用してウェハホルダ23上にウェハ10が回転軸と同軸に位置して吸着保持される。
【0017】
基台21の内部には、回転軸22を回転駆動させる回転駆動機構(図示せず)が設けられており、回転駆動機構により回転軸22を回転させることで、回転軸22に取り付けられたウェハホルダ23とともに、ウェハホルダ23上に吸着保持されたウェハ10がウェハ10の中心(回転対称軸O)を回転軸として回転駆動される。なお、ウェハホルダ23はウェハ10より径の小さい略円盤状に形成されており、ウェハホルダ23上にウェハ10が吸着保持された状態で、上ベベル部11、下ベベル部12、およびアペックス部13を含むウェハ10の外周端部近傍がウェハホルダ23からはみ出るようになっている。
【0018】
撮像部30は、いわゆる二次元カメラであり、図示しない対物レンズおよび落射照明を備えた鏡筒部31と、図示しないイメージセンサが内蔵されたカメラ本体32とを主体に構成されており、落射照明による照明光が対物レンズを介してウェハ10を照明するとともに、ウェハ10からの反射光が対物レンズを介してイメージセンサに導かれ、イメージセンサでウェハ10の外周部の像が撮像される。なお、この実施形態においては、ウエハ10の端部表面の傷、異物の付着等を検査するものであり、カメラは照明光の正反射を受ける位置に設けられて、ウエハ10の端部表面の像を撮像するように構成されている。
【0019】
撮像部30は、ウェハ10のアペックス部13と対向するように配置され、ウェハ10の回転軸(回転対称軸O)と直交する方向からアペックス部13を部分的に撮像するようになっている。これにより、ウェハ支持部20に支持されたウェハ10を回転させると、撮像部30の撮像領域に対して、ウェハ10の外周端部、すなわちアペックス部13がウェハ10の周方向へ相対回転するため、アペックス部13と対向するように配置された撮像部30は、アペックス部13を周方向(すなわち相対回転方向)へ連続的に撮像することができ、ウェハ10の全周にわたってアペックス部13を撮像することが可能になる。このようにして撮像部30で撮像された画像信号は、画像処理部40へ出力されて、ここで画像処理が行われ、各位置毎におけるアペックス部13の画像データが得られる。
【0020】
なお、図2に示すように、撮像部30を上ベベル部11と上下に対向する位置に配置して上ベベル部11の撮像を行って、この部分の検査を行ったり、撮像部を下ベベル部12と上下に対向する位置に配置して下ベベル部12の撮像を行って、この部分の検査を行うこともできるようになっている。
【0021】
制御部50は、各種制御を行う制御基板等から構成され、制御部50からの制御信号によりウェハ支持部20、撮像部30、および画像処理部40等の作動制御を行う。具体的には、ウエハ支持部20による回転軸22の回転駆動制御(ウエハホルダ23に保持されたウエハ10の回転位置制御)と、撮像部30による撮像制御と、画像処理部40における撮像部30により処理されて得られた画像信号から画像データを得る画像処理制御とが、制御部50による制御に基づいて行われる。
【0022】
このようにして画像処理部40における画像処理により得られたアペックス部13の画像データは検査処理部70に送られてアペックス部13の表面の傷、異物の付着等の表面欠陥の有無の検査が行われる。このとき、同時にインターフェース部60の表示画面に検査処理結果等が表示される。
【0023】
以上のように構成された検査装置1による検査処理内容について、図3のフローチャートを参照して説明する。この検査処理においてはまず、制御部50による制御の下で、撮像部30によりウエハ10のアペックス部13の撮像と、ウエハ支持部20による回転軸22の回転駆動制御(ウエハホルダ23に保持されたウエハ10の回転位置制御)とが行われる(ステップS1)。このようにして撮像部30により撮像して得られたアペックス部13の内の撮像部30に対向する部分の画像信号は画像処理部40に送られて、この部分の画像データ(これを分割画像データと称する)が得られる。この動作が、回転軸22の回転駆動制御により所定インデックス角度毎の繰り返しで行われる。すなわち、ウエハ10の全周に亘って、各インデックス角度毎に撮像部30によるアペックス部13の分割画像の撮像が繰り返して行われる(ステップS2)。
【0024】
この結果、画像処理部40においては、各インデックス角度毎に撮像部30により撮像されたアペックス部13の一連の画像が得られ、これら一連の画像データが検査処理部70に送られる。このように画像処理部40においては、各インデックス位置に対応するアペックス部13の画像を求めるのであるが、これら画像は連続的に繋がってアペックス部13の全周に亘る画像を示すように設定されている。そして、隣り合う画像同士をピクセル単位で比較して、ピクセル毎の輝度差を示す分割画像を求める。このようにして求めた分割画像の例を、図5に、画像G1,G2,G3,G4として示しており、これら分割画像における小さな点がアペックス部13における表面の荒れ等が規則的な明暗差として撮像されたバックグラウンド光(表面の荒れ等による差分出力のオフセット)であり、これは表面の微細な凹凸、例えば、加工粗さに応じて生じる小さな乱反射光に基づくものであり、傷、異物等が存在しない状態で発生する比較的小さな乱反射光である。一方、表面に傷、異物等が存在するとこれらからの乱反射光はバックグラウンド光(表面の荒れ等による差分出力のオフセット)に比べて大きく、画像G2,G3に示すような大きな点D1,D2として現れる。すなわち、これら画像G1〜G2における各点はアペックス部13からの乱反射を示し、点の大きさが反射光の大きさもしくは強さを示している。
【0025】
検査処理部70においては、各インデックス位置における分割画像の全面の信号データを合計(積分)してその分割画像全体の信号値Inを算出する(ステップS3)。これをアペックス部13の全周に亘る全インデックス位置で行って、全ての位置それぞれにおける信号値Inを求める。その結果を図4および図5の棒グラフに示しており、この棒グラフにおける横軸がインデックス位置(すなわち、全周角度0〜360度における各インデックス角度毎に対応する位置)を示し、縦軸に示す棒の長さが各インデックス位置での分割画像の信号値Inを表している。なお、図4は、図5の棒グラフ部分のみを取り出して示すものであり、同一のグラフを示している。
【0026】
ここで、図5に示す分割画像G2,G3のように、欠陥D1,D2が存在すると、これら欠陥からの反射光は大きいため、各インデックス位置での信号値Inは棒B,Cで示すように値が大きくなる。このように信号値Inが大きいインデックス位置に欠陥が存在することになるので、信号値Inに基づいて、例えば、信号値Inが所定閾値(スレッショルド値)以上となる箇所を探すことにより、欠陥の存在を検出することができる。
【0027】
ところで、従来技術の説明欄等においても説明したように、ウエハ10のアペックス部13を撮像部30で撮像したときの表面の荒れ等による差分出力のオフセットの大きさは、アペックス部13の表面状態(例えば、表面加工粗さ)に影響されて変動する。一つのウエハ10におけるアペックス部13であっても、全周に亘って均一な表面状態とすることは難しく、例えば、図5に示すように、分割画像G1およびG2を含む領域でのアペックス部13の表面状態と、分割画像G3,G4を含む領域でのアペックス部13の表面状態とが相違するようなことも多い。例えば、本実施形態の場合には、分割画像G1およびG2を含む領域でのアペックス部13の表面が粗くて表面の荒れ等による差分出力のオフセットが大きいのに対して、分割画像G3,G4を含む領域でのアペックス部13の表面は滑らかで表面の荒れ等による差分出力のオフセットが小さくなっている。
【0028】
検査処理部70においては、上述したように、図4および図5に示す棒グラフの各棒の高さ(信号値Inの大きさ)に基づいて欠陥の有無検査が行われるのであるが、この信号値Inは表面の荒れ等による差分出力のオフセットを含んだ値であるため、表面の荒れ等による差分出力のオフセットが上記のようにインデックス位置に応じて相違するとその影響を受けて検査結果が不正確となるという問題がある。具体的には、図5のグラフにおける画像G1,G2を含む領域Z1およびZ2内では表面の荒れ等による差分出力のオフセットが大きいのに対して、画像G3,G4を含む領域では表面の荒れ等による差分出力のオフセットが小さいため、共に欠陥が存在しない画像G1およびG4に対する信号値が信号値AおよびDで示すように(信号値A)>(信号値D)となる。同様に、ほぼ同一の反射光が生じる欠陥D1,D2をそれぞれ有する画像G2およびG3に対する信号値が信号値BおよびCで示すように(信号値B)>(信号値C)となる。しかも、この例の場合には、(信号値A>信号値C)という関係となっている。
【0029】
このような場合に、例えば、図5に示すように、信号値Inが第1の閾値(スレッショルド値)SH1より大きいか否かに基づいて欠陥の有無の判断を行うと、画像G2の位置の欠陥D1の存在は判断できるが、画像G3の位置の欠陥D2の判断はできない。そこで、画像G3の位置の欠陥D2の判断もできるように第1の閾値SH1より小さな第2の閾値SH2を用いて判断すると、画像G3の位置の欠陥D2の判断は可能となるが、欠陥が存在しない領域Z1およびZ2において欠陥が存在するという誤った判断がなされる。
【0030】
そこで図3のフローに戻って説明するが、この検査装置においては、各インデックス位置における分割画像の信号値Inをアペックス部13の全周に亘って求めた後に、ステップS3からステップS4に進んで、これら信号値Inの移動平均値を算出する。具体的には、各インデックス位置での信号値Inに対して、その前後a個の信号値(In-a〜In+a)の平均値をこのインデックス位置の移動平均値として算出する計算を、全インデックス位置について行う。その結果を図6に示しており、これにより、欠陥D1,D2の信号を含んではいるが、表面の荒れ等による差分出力のオフセットにほぼ対応する信号の変化特性を求めることができる。
【0031】
そこで、ステップS5に進み、図4に示す検出値から、表面の荒れ等による差分出力のオフセットにほぼ対応する信号特性となる図6の移動平均値を各インデックス位置毎に減算して、表面の荒れ等による差分出力のオフセットの影響を除去した補正信号値In′を算出する。その演算結果を図7に示しており(なお、上記減算の結果、負の値となる補正信号値は零として表している)、欠陥D1,D2が存在する画像のインデックス位置での補正信号値が顕著に大きく表れる。なお、移動平均値は欠陥D1,D2の信号値を含む計算値であるため、その影響から領域Z1,Z2において若干の信号値がでるが、図5に示したように、表面の荒れ等による差分出力のオフセットによる信号値Aが欠陥を有した位置の信号値Cより大きくなるようなことは無くなり、例えば、図7に示す第3閾値SH3に基づいて補正信号値の大きさを判断すれば、欠陥D1,D2を有するインデックス位置を確実に検出できる(ステップS6)。
【0032】
以上、本発明の好ましい実施形態に係る検査装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の形態に適用可能である。例えば、上述の実施形態において、ウェハ10の全周にわたってアペックス部13を撮像しているが、これに限られるものではなく、制御部50の作動制御により、アペックス部13における所望の角度位置範囲についてのみ撮像するようにしてもよい。これにより、アペックス部13における所望の角度位置範囲についてのみ欠陥の有無を検査することができる。
【0033】
また、上述の実施形態において、撮像部30がウェハ10のアペックス部13を撮像しているが、これに限られるものではなく、例えば、図2における一点鎖線で示すように、ウェハ10の上ベベル部11を撮像するようにしてもよく、図2における二点鎖線で示すように、ウェハ10の下ベベル部12を撮像するようにしてもよい。このように、ウェハ10のアペックス部13に限らず、上ベベル部11や下ベベル部12における欠陥の有無を検査することが可能である。さらには、ウェハ10の外周端部または外周端部近傍に限らず、例えば、ガラス基板等を検査することも可能であり、特に表面の形態が略一様な被観察物に対して、本実施形態を適用すると有効である。
【0034】
なお、表面の荒れ間などによる差分出力のオフセットの変動だけでなく、表面の色合いが緩やかに変化した場合も、画像差分信号として検出されてオフセットすなわちバックグラウンド信号となり、欠陥検出を不正確による要因となるが、上記欠陥検出手法によれば、このオフセット成分をキャンセルすることができ、傷等の欠陥検出精度を上げることが可能となる。
【0035】
また、上述の実施形態において、イメージセンサとしてCCDやCMOS等といった増幅型固体撮像素子を用いることができるが、イメージセンサは、二次元センサでもよく、一次元センサでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図2】ウェハの外周端部近傍を示す側面図である。
【図3】上記表面検査装置による検査処理内容を示すフローチャートである。
【図4】ウエハのアペックス部全周に亘るインデックス位置毎の検出信号値を示す棒グラフである。
【図5】図4に示す棒グラフにおける所定インデックス位置での分割画像例を、上記棒グラフに対応して示す説明図である。
【図6】図4の信号値の移動平均値を示す棒グラフである。
【図7】図4の検出値から図6の移動平均値を減算した結果を示す棒グラフである。
【符号の説明】
【0037】
1 検査装置
10 ウェハ(被検物) 13 アペックス部
20 ウェハ支持部(回転保持部) 30 撮像部
40 画像処理部 50 制御部
60 インターフェース部 70 検査処理部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検物の表面を撮像可能な撮像装置を前記被検物に対して相対移動させながら前記被検物の表面を撮像するステップと、
前記被検物の表面の撮像画像から、前記被検物の表面を前記相対移動方向に沿って複数に分割して得られた複数の領域毎において所定の検査項目に対応する検査信号値を抽出するステップと、
前記相対移動方向における前記検査信号値の移動平均値を前記複数の領域毎について算出するステップと、
前記複数の領域毎について前記検査信号値から前記移動平均値を減じて補正検査信号値を求めるステップと、
前記補正検査信号値に基づいて前記所定の検査項目についての検査を行うステップ
とからなることを特徴とする表面検査方法。
【請求項2】
前記移動平均値の算出が、前記複数の領域のそれぞれにおいて対応領域を含む前後の所定数の領域における前記検査信号値の平均値を前記対応領域の移動平均値として算出することを特徴とする請求項1に記載の表面検査方法。
【請求項3】
前記被検物が円盤状の半導体ウエハであり、前記半導体ウエハを回転させながらその外周端部を前記撮像装置により撮像することを特徴とする請求項1に記載の表面検査方法。
【請求項4】
被検物を保持する保持装置と、
前記保持装置により保持された前記被検物の表面を撮像可能な撮像装置と、
前記保持装置に保持された前記被検物を前記撮像装置に対して相対移動させる相対移動装置と、
前記撮像装置による撮像制御および前記相対移動装置による前記被検物の相対移動制御とを行う制御装置と、
前記撮像装置により撮像された前記被検物の表面の撮像画像から表面欠陥の検査を行う検査処理装置とを備え、
前記制御装置は、前記相対移動装置により前記被検物を前記撮像装置に対して相対移動させながら前記撮像装置により前記被検物の表面を複数の分割領域に分割して撮像させ、
前記検査処理装置は、前記撮像装置により撮像された複数の分割領域毎の画像において所定の検査項目に対応する検査信号値を抽出し、前記検査信号値の移動平均値を前記複数の分割領域毎について算出し、前記複数の領域毎について前記検査信号値から前記移動平均値を減じて補正検査信号値を求め、前記補正検査信号値に基づいて前記所定の検査項目についての検査を行うように構成されたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項5】
前記被検物が円盤状の半導体ウエハであり、前記相対移動装置は前記保持装置により保持された半導体ウエハを回転させて前記撮像装置に対して相対移動させるように構成されたことを特徴とする請求項4に記載の表面検査装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2009−250653(P2009−250653A)
【公開日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−95857(P2008−95857)
【出願日】平成20年4月2日(2008.4.2)
【出願人】(000004112)株式会社ニコン (12,601)
【Fターム(参考)】